使用来自浓缩源的CO2来培养微藻的可行性受限于CO2捕获及传送的高成本，以及在藻类培养期间CO2的显著损失。另一挑战是在CO2由其来源连续地产生时，藻类在夜晚不能使用CO2。为了解决这些挑战，本发明专利技术提供一种方法，其中CO2作为碳酸氢盐被捕获并且用作用于藻类培养的原料。然后，碳酸盐在藻类培养步骤中作为吸收剂被再生以便捕获更多的CO2，该CO2被转变为用作原料等的碳酸氢盐。由于该方法避免了用于碳酸盐再生的能量，故其显著降低了碳捕获成本。此外，传送固体或碳酸氢盐水溶液与传送压缩的CO2相比具有更低的成本，并且与供给CO2气体相比，使用碳酸氢盐提供了更好的选择用于对藻类培养系统的CO2送入。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成的碳捕获和藻类培养
本专利技术通常涉及利用CO2作为微生物用原料的集成的方法和系统。特别地，本专利技术提供一种方法，用于捕获CO2，将其转变为碳酸氢盐，然后使用碳酸氢盐作为碳源用于光合藻类和蓝藻菌的培养。
技术介绍
捕获CO2用于藻类培养的挑战用于能源的化石燃料例如煤、石油以及天然气的燃烧是大气中CO2浓度增加的主要原因，并且这引起人们日益关注其对全球气候变化以及海洋酸化的影响(Iglesias-Rodriguez等，2008)。通常，产生IkWh的电力导致0.95kg来自煤燃烧的CO2排放(D0E&EPA，2000)。一个50丽的小燃煤电厂生产约1，140公吨(MT) CO2/天，而一个中等规模的 500MW 电厂生产 11，400MTC02/天(EPA，2011)。一个降低CO2排放的可能方式是，在地质层构成(geologic formations)中捕获、传输并储存C02。然而，与没有碳捕获的方法相比，具有碳捕获及储存的煤燃烧方法具有非常高的成本，于是该方法仅在CO2的排放价格达到67美元/MT时才变为优选技术(NETL, 2010，Plasynski等，2009)。此外，CO2在地质层构成中的储存会产生新的环境问题例如诱发地震活动、CO2渗漏的危险或者可能污染地下水(Plasynski等,2009 ;Sminchak和Gupta,2001)。代替在地质层构成中的储存，用于捕获CO2的理想方法是将其转变成生物质，以便CO2能再循环成生物碳池，或者作为有机或无机碳储存在土壤碳池中(Lal，2004 ；Lee等，2010 ;Ramanan等,2010)。由生成的生物质中生产生物燃料会降低化石燃料的使用，这同样地有助于降低 CO2 排放(Pack er，2009 ；Pienkos 和 Darzins，2009)。生物柴油可由各种传统的油料作物比如大豆、油菜籽、棕榈、玉米以及麻风树制得。然而，这些农作物会抢夺食物资源，从而在未来可能遭受生产限制。微藻类培养确保了更好的替代，这是由于其具有如下显著的优点:高产量、不抢夺食物资源、以及产生有价值的副产品(Chen等，2010 ;Chisti，2007)。然而，在将培养物准备用于工业应用之前，仍要解决一些关键挑战，比如藻类生物质生产的高成本、产量以及油提炼。原料CO2的高成本是生产藻类生物质的主要障碍。目前所有的碳捕获技术均要求大量的额外能量以便再生吸收剂，这导致显著降低的电厂效率、以及相应增加的电力成本(C0E)。例如，基于该反应:CO；,2' + CO2 + H3O ^ 2HC0.r, Vl尼韦尔集团的UOP公司的Benfield?工艺开发出一种方法，其使用高浓度的碳酸钾吸收CO2，并将其转变为碳酸氢钾(Plasynski等，2009)。然后，通过加热释放CO2来使碳酸氢盐变回为碳酸盐。该方法消耗1，381-2，549MJ的额外热能以便除去IMT的CO2 (Furukawa和Bartoo, 1997),并且该附加的能量消耗占生产的电力的约36.4%-67.3%o通常，发电厂周围可用的土地是有限的，于是CO2必须被捕获并传送到较远距离的藻类池。然而，这受限于碳传送所需的高成本。典型地，CO2被压缩至150个大气压以便经由管道传送。该压缩过程消耗相当大的能量，并会增加运输成本。Kadam等(1997)估计传送IOOkm的成本分别是用于压缩和干燥的8.48美元/MTCO2,以及用于管道传送的3.30美元/MTCO2。利用捕获的碳而用于藻类培养也面临其他的主要挑战。例如，捕获的0)2在藻类不生长的夜晚时间或冬季不能被临时储存。此外，如果藻类在开放式系统中培养，那么由于漏气会导致CO2的显著损失。作为这些问题的结果，典型地通过藻类培养仅捕获最大量为25%的CO2 (Benemann，2009)。这对于要求燃料气体中90%的CO2被回收的成功的碳捕获方法来说是令人不满意的(Benemann，2009 ；NETL, 2010)。总之，目前使用来自浓缩源的CO2用于藻类培养的技术受限于碳捕获的高成本、高传送成本、难以临时储存CO2、以及低效率。工业规模的藻类生物质生产系统要求用于CO2捕获、传送、以及释放的可替代方法。
技术实现思路
本专利技术提供集成的方法和系统，用于捕获CO2并将捕获的CO2转变成碳酸氢盐、将碳酸氢盐传送到比如嗜碱藻类或蓝藻菌培养系统中(其中碳酸氢盐用作微生物用碳源)、以及再循环来自培养系统的培养基(该培养基通过反复捕获CO2并将其转变为碳酸氢盐而包含高浓度的溶解CO2)等，该培养基然后被用于嗜碱藻类或蓝藻菌培养系统中。于是CO2因此可无限次地再循环。如果CO2的原始来源为培养系统，那么该方法实际上为闭合循环方法。然而，原始输入的(或随后输入的)CO2可以来自其他来源(比如工业来源)，在该情况中，该方法是部分闭合的，但可连续为闭合式循环系统。此外，碳酸氢盐(可以是固态形式或溶液形式)可用作用于微生物的唯一碳源，或者可选地，其他碳源也可被使用。本专利技术还提供了用于实施该方法的系统。`该系统包括用于i)捕获CO2以及ii)转化CO2的装置或设备、合适的培养系统，以及用于将CO2和碳酸氢盐从一个系统组件中传送到另一个系统组件的集成装置。该方法和系统是部分有利的，因为碳酸氢盐的传送与CO2气体的传送相比成本更低、并且危险更少。【附图说明】图1:用于集成的碳捕获和藻类培养方法的系统概略图。图2A和B:用碳酸氢钠作为唯一碳源的普氏杜氏藻(Dunaliella primolecta)菌株培养，Ca)培养中的pH变化，(b)光分布。图3A和B:使用不同的无机碳供给方法的普氏杜氏藻(Dunaliella primolecta)菌株培养，(a)培养中的pH变化，(b)光分布。图4A和B:使用IM碳酸氢钠溶液的单细胞蓝绿藻(Euhalothece)ZMOOl培养，(a)培养中的pH变化，(b)光分布。【具体实施方式】将捕获的碳处理为水溶液在分析这些与CO2传送相关的问题时，可以推定这些问题因捕获的碳被处理为压缩的CO2而不是标准大气压力下的水溶液而存在。幸运地，无机碳(Ci)不仅作为CO2气体存在，而且作为碳酸盐或碳酸氢盐存在。某些碳酸盐在水中的溶解度是非常高的。例如，碳酸氢钠在25°C处的溶解度为103g/L或10.3% (w/v)。如果捕获的碳被转变为碳酸氢盐/碳酸盐水溶液，那么其在标准压力下容易在水管中传送。Zhou和Richard (2005)估计通过运河水平运输水IOOkm的成本为0.05-0.06美元/m3,以及通过输水道水平运输水IOOkm的成本为0.104-0.125美元/m3。可以预料,碳酸氢盐溶液将比相应的压缩CO2具有更低的运输成本。此外，如果运输距离缩短，那么水溶液的运输成本可线性地减少，而压缩对于任何距离的CO2气体传送来说均是必须的。对于藻类培养方法，碳酸氢盐水溶液可在冬天或夜晚储存，并且在夏天或白天被提供给藻类培养系统。例如，来自50丽小电厂的每日排放的1，140吨CO2可作为22，800m3碳酸氢钠溶液被储存。可以注意到，该碳酸氢盐溶液向藻类培养系统的传送并不要求气体喷射系统。此外，高PH下的藻类培养将防止侵入的不良品种污本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.09 US 61/421,4491.一种培养藻类或蓝藻菌的集成方法，其包括如下步骤: i)捕获来自CO2源的CO2； ii)将捕获的CO2转变成碳酸氢盐； iii)使用所述碳酸氢盐作为碳源来培养嗜碱藻类或嗜碱蓝藻菌，以生产藻类生物产物； iv)使用来自所述培养步骤的废培养基作为所述捕获步骤中的CO2源；以及 V)重复步骤i)至iv)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳酸氢盐呈选自于由固态碳酸氢盐和液态碳酸氢盐溶液构成的组的形式。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嗜碱蓝藻菌选自于由集胞藻、蓝杆藻、微鞘藻、单细胞蓝绿藻和螺旋藻构成的组。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嗜碱藻类是选自于由小球藻和杜氏藻构成的组中的真核微藻。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述培养步骤中使用的培养基的浓度在0.01mol/L碳酸氢盐至饱和浓度的范围内。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述培养步骤中使用的培养基的浓度在0.03mol/L碳酸氢盐至饱和浓度的范围内。`7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述培养步骤中使用的培养基在8.0-12的PH下进行。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述培养步骤中使用的培养基在9.0-11的PH下进行。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用选自于下组的方法进行所述捕获步骤:使用碳酸盐作为吸收剂、使用碳酸酐酶作为催化剂、以及使用氨和氯化钠作为原料来生产碳酸氢盐。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2源选自于下组:热电厂排放、发酵工艺、厌氧消化工艺、氨厂、以及空气。11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液态碳酸氢盐溶液的浓度在0.01mol/L至饱和浓度的范围内。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述液态碳酸氢盐溶液的浓度在0.3mol/L至饱和浓度的范围内。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嗜碱藻类或所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树林，迟占有，谢雨潇，赵百锁，
申请(专利权)人：华盛顿州立大学研究基金会，
类型：
国别省市：
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